脂質二分子膜でのイオン透過過程および振動過程の解析と分析化学的利用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07454200
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 木原 壯林 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (60161543)
• キーワード: 脂質二分子膜でのイオン透過過程 / 水相・膜界面イオン移動 / イオンの膜透過ボルタモグラム / 脂質二成分子膜と液膜 / 自発イオン濃縮 / イオンの性質 / 膜の性質 / 膜電位・膜電流の振動

研究概要

本研究では、新概念と新方法論に基くイオンの脂質二分子膜(BLM)透過反応解析法の開発、BLMの持つ特異機能(選択的イオン透過、膜電位・膜電流振動など)の発現機構の解明、BLMの分析化学的利用の化学的基盤の確立、BLMの新利用分野の開拓を目的とした。
平成7年度には、BLM作成装置、微少膜電流高精度測定装置、膜電位印加走引装置を整備し、膜物性評価法を確立した。その上で、各種のBLMを介した各種イオンの移動ボルタモグラム(膜電位-膜電流曲線)を測定し、これを液膜でのイオン移動ボルタモグラムと比較して、BLMでのイオン透過反応を解析した。
平成8年度には、前年度の研究を継続し、1.BLMがイオンを自発濃縮して低抵抗であるとき、超薄膜であるBLMでのイオン透過反応といえども、厚膜である低抵抗液膜でのそれと類似し、イオン透過過程は膜系に存在する2つの水相/膜界面でのイオン移動反応によって制御される、2.イオンのBLMへの自発濃縮性は、イオンの疎水性およびBLMを形成する脂質が持つ官能基とイオンの錯生成の強さに依存する、3.BLMでのイオンの透過性は、BLMへのイオンの自発濃縮性を反映して4つのタイプに分類できる、などを明らかにした。これは、BLMの分析化学的利用に化学的根拠を与えるものである。一方、イオンの膜透過に伴う膜電流、膜電位の振動についても研究し、チャンネルタンパクを含まない膜系においても、"イオンチャンネル"によるとされている生体膜での振動と類似した特性の振動を観察できること明らかにした。また、液/膜界面でのイオン移動反応、吸着反応をボルタンメトリー的手法と概念に依って解析し、振動の発現、誘導、阻害の機構を一般論として提案した。この成果は、振動反応のイオン、分子センシングへの利用の基礎となる。

研究成果

• [文献書誌] O.Shirai,S.Kihara,他: "Ion Transfer through a Liquid Membrane or a Bilayer Lipid Membrane in the Presence of Sufficient Electrolytes." J.Electroanal.Chem.389. 61-70 (1995)
• [文献書誌] 白井理、木原壯林、吉田裕美: "液膜および脂質二分子膜を介したイオン透過反応のボルタンメトリー的研究" 分析化学. 44. 905-920 (1995)
• [文献書誌] O.Shirai,S.Kihara,他: "Voltammetric Study on the Transport of Various Ions through Various Bilayer Lipid Membranes." Bull.Chem.Soc.Jpn.69. 3151-3162 (1996)
• [文献書誌] H.Ohde,S.Kihara,他: "Voltammetric Study on Ion Transport across a Liquid Membrane Coupled with Electron Transport." J.Electroanal.Chem.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] M.Suzuki,S.Kihara,他: "Reduction of Flavin Mononucleotide at the Aqueous/Organic Solution Interface in the Absence of Presence of Oxygen." J.Electroanal.Chem.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] M.Suzuki,S.Kihara,他: "Oxidation of Ascorbate and Ascorbic Acid at the Aqueous/Organic Interface." J.Electroanal.Chem.(印刷中). (1997)